اجرای سازه فلزی به روش تاپ دان یکی از روشهای اجرای گودهای عمیق و ساختمانهای دارای طبقات زیرزمین متعدد است که در آن بخش مهمی از اسکلت فلزی ساختمان از مراحل ابتدایی عملیات اجرایی وارد سیستم باربری میشود. برخلاف روش متعارف ساخت که ابتدا گودبرداری تا تراز نهایی انجام شده و سپس فونداسیون و اسکلت از پایین به بالا اجرا میشوند، در روش تاپ دان ترتیب عملیات تغییر میکند.
در این روش ابتدا محل ستونهای اصلی مشخص شده و چاههای مربوط به آنها تا عمق طراحی حفاری میشوند. سپس ستونهای فولادی اصلی در داخل چاهها نصب شده و پس از تثبیت آنها، سقف تراز همکف اجرا میشود. عملیات خاکبرداری از زیر این سقف ادامه پیدا کرده و با رسیدن به تراز هر طبقه زیرزمین، سقف همان طبقه اجرا میشود.
یکی از ویژگیهای مهم این سیستم، استفاده از اجزای دائمی سازه در فرآیند پایدارسازی گود است. سقفهای طبقات زیرزمین بهعنوان دیافراگمهای افقی، نیروهای جانبی ناشی از فشار خاک را دریافت کرده و به اجزای قائم سازه منتقل میکنند.
در سیستم تاپ دان فلزی، ستونها و تیرهای اصلی از مقاطع فولادی تشکیل شدهاند و برخلاف سیستم CFT، داخل ستون فولادی با بتن پر نمیشود. همچنین برخلاف SRC، هسته فولادی در مراحل بعد با یک مقطع بتنآرمه محصور نمیشود. بنابراین عضو اصلی در سیستم تاپ دان فلزی، یک مقطع فولادی با رفتار سازهای فولادی است.
شما میتوانید برای مطالعه روش های تاپ دان به صفحه خدمات تخصصی تاپ دان شرکتتهرانپی گستر مراجعه کنید .
تاپ دان فلزی چیست؟
تاپ دان فلزی را میتوان یکی از حالتهای اجرای روش Top-Down دانست که در آن اسکلت اصلی ساختمان، بهویژه ستونها و تیرها، بر اساس سیستم سازهای فولادی طراحی و اجرا میشود.
ستونهای مورد استفاده میتوانند متناسب با طراحی پروژه از مقاطع نوردشده یا مقاطع ساختهشده فولادی تشکیل شوند. انتخاب نوع مقطع به نیروهای محوری، لنگرهای خمشی، طول آزاد ستون در مراحل مختلف خاکبرداری، محدودیتهای معماری، نوع اتصالات و الزامات اجرایی وابسته است.
موضوع مهم در این سیستم آن است که ستونهای فولادی باید پیش از تکمیل فونداسیون نهایی و حتی پیش از انجام کامل خاکبرداری در محل اصلی خود نصب شوند.
بنابراین ستون از همان مراحل ابتدایی پروژه وارد مدار باربری شده و ممکن است بار سقف همکف، طبقات زیرزمین اجراشده و در برخی پروژهها بخشی از بار طبقات مثبت را نیز پیش از رسیدن خاکبرداری به تراز فونداسیون تحمل کند.
به همین دلیل تحلیل مرحلهای ساخت یا Construction Stage Analysis در طراحی تاپ دان فلزی اهمیت زیادی دارد.
تفاوت تاپ دان فلزی با تاپ دان CFT چیست؟
یکی از نکات مهم در شناخت انواع سازههای قابل استفاده در روش تاپ دان، تفاوت میان تاپ دان فلزی و تاپ دان CFT است.
در تاپ دان فلزی، ستون اصلی یک مقطع فولادی است و عملکرد نهایی آن عمدتاً بر اساس رفتار سازهای همان مقطع فولادی تعیین میشود.
اما در CFT یا Concrete-Filled Steel Tube از یک مقطع فولادی بسته مانند باکس یا لوله استفاده میشود که داخل آن با بتن پر میشود. در نتیجه فولاد و بتن بهصورت مرکب در رفتار ستون مشارکت میکنند.
در ستون CFT، پوسته فولادی علاوه بر مشارکت در تحمل بار، بتن داخلی را محصور میکند و بتن داخلی نیز در ظرفیت فشاری و سختی عضو نقش دارد.
اما در ستون فولادی معمولی چنین هسته بتنی وجود ندارد.
بنابراین:
تاپ دان فلزی: ستون فولادی → رفتار اصلی فولادی
تاپ دان CFT: پوسته فولادی + بتن داخل ستون → رفتار مرکب فولاد و بتن
این تفاوت مستقیماً بر طراحی مقطع، وزن ستون، سختی، ظرفیت محوری، رفتار کمانشی، جزئیات اتصالات و فرآیند اجرای پروژه تأثیر میگذارد.
تفاوت تاپ دان فلزی با SRC چیست؟
در سیستم SRC نیز فولاد نقش مهمی دارد، اما ساختار ستون با تاپ دان فلزی متفاوت است.
در Steel Reinforced Concrete یا SRC، یک هسته فولادی داخل یک مقطع بتن مسلح قرار گرفته و در وضعیت نهایی توسط بتن و آرماتورهای پیرامونی محصور میشود.
در نتیجه مقطع نهایی SRC شامل:
هسته فولادی + میلگرد + بتن مسلح
است.
اما در تاپ دان فلزی، ستون نهایی بهعنوان یک عضو فولادی باقی میماند و فرآیند تکمیل مقطع SRC در اطراف آن انجام نمیشود.
این موضوع باعث میشود مراحل اجرایی، نوع اتصالات، کنترل حریق، کنترل خوردگی و طراحی کمانش در دو سیستم تفاوتهایی داشته باشند.
نقش ستون فولادی در سیستم تاپ دان
ستونهای فولادی یکی از مهمترین اجزای سیستم تاپ دان هستند؛ زیرا باید پیش از تکمیل عملیات گودبرداری در محل نهایی خود نصب شوند.
در روش متعارف ساختمانسازی، ستون پس از اجرای فونداسیون نصب میشود و شرایط تکیهگاهی آن از ابتدا مشخص است. اما در تاپ دان شرایط متفاوت است.
ستون در حالی نصب میشود که هنوز بخش بزرگی از خاک اطراف آن وجود دارد. سپس با پیشرفت عملیات خاکبرداری، خاک اطراف ستون مرحلهبهمرحله برداشته میشود.
در نتیجه طول آزاد ستون فولادی در مراحل مختلف ساخت تغییر میکند.
این مسئله مستقیماً بر رفتار کمانشی ستون اثر میگذارد.
با اجرای سقف هر طبقه، یک نقطه مهار جانبی جدید برای ستون ایجاد میشود و طول مؤثر آن تغییر میکند. بنابراین کنترل پایداری ستون باید برای مراحل مختلف خاکبرداری و اجرای سقفها انجام شود.
اهمیت کنترل کمانش ستون فولادی در تاپ دان
یکی از مهمترین تفاوتهای مهندسی تاپ دان فلزی با برخی سیستمهای مرکب، حساسیت بیشتر رفتار ستون به کمانش است.
ستونهای فولادی در مراحل مختلف عملیات ممکن است دارای طول آزاد قابل توجهی باشند. همزمان، بارهای طبقات اجراشده نیز به ستون منتقل میشوند.
در چنین شرایطی، افزایش نیروی محوری همراه با افزایش طول آزاد میتواند حساسیت ستون را نسبت به ناپایداری افزایش دهد.
طراح باید پارامترهایی مانند:
- طول مؤثر ستون؛
- شعاع ژیراسیون مقطع؛
- لاغری عضو؛
- شرایط تکیهگاهی؛
- بار محوری هر مرحله؛
- لنگرهای ایجادشده؛
- اثرات مرتبه دوم؛
- و نقاط مهار جانبی ایجادشده توسط سقفها
را مورد بررسی قرار دهد.
بنابراین طراحی ستون فقط بر اساس وضعیت نهایی ساختمان کافی نیست و بحرانیترین وضعیت ممکن است در یکی از مراحل موقت اجرای گود اتفاق بیفتد.
نقش سقفها در پایدارسازی گود تاپ دان فلزی
یکی از ویژگیهای اصلی روش تاپ دان، استفاده از سقفهای دائمی ساختمان بهعنوان بخشی از سیستم مهار جانبی گود است.
پس از اجرای سقف هر تراز، این سقف میتواند مانند یک دیافراگم افقی عمل کرده و نیروهای ناشی از فشار جانبی خاک را از دیوارههای پیرامونی دریافت کند.
این نیروها از طریق تیرها، دال و سایر اجزای سازهای توزیع شده و به سیستم باربر منتقل میشوند.
در نتیجه، برخلاف برخی روشهای پایدارسازی که نیازمند اجرای استرات یا مهاربندیهای موقت گسترده هستند، در تاپ دان بخش قابل توجهی از سازه دائمی ساختمان در فرآیند پایدارسازی گود نیز مورد استفاده قرار میگیرد.
البته این عملکرد نیازمند طراحی دقیق سقفها، اتصالات و بازشوهای اجرایی است.
مراحل اجرای گامبهگام تاپ دان فلزی در پایدارسازی گود
اجرای تاپ دان فلزی را میتوان به مراحل اصلی زیر تقسیم کرد. جزئیات دقیق هر مرحله بر اساس طراحی سازه، عمق گود، شرایط ژئوتکنیکی و تجهیزات پروژه تعیین میشود.
1) حفر چاه ستونها
در ابتدا محل دقیق ستونهای اصلی و در صورت نیاز ستونهای کمکی بر اساس نقشههای سازهای و نقشهبرداری مشخص میشود.
چاههای مربوط به ستونها تا عمق طراحی حفاری میشوند. بخش پایینی این چاهها معمولاً برای اجرای المان باربر زیر ستون و انتقال بارهای مراحل اولیه ساخت در نظر گرفته میشود.
دقت در مختصات چاهها اهمیت زیادی دارد؛ زیرا موقعیت این چاهها مستقیماً موقعیت ستونهای اصلی ساختمان را تعیین میکند.
2) اجرای پد بتنی و آمادهسازی سر چاه
در صورت نیاز پروژه، برای استقرار تجهیزات، شابلونگذاری و کنترل دقیق موقعیت ستون، سطح مناسبی در اطراف سر چاه ایجاد میشود.
پد بتنی میتواند سطحی تراز و پایدار برای عملیات نصب فراهم کند و امکان کنترل دقیقتر مختصات و شاقولی ستون را افزایش دهد.
3) نصب قفسه آرماتور شمع
قفسه آرماتور مربوط به شمع یا المان باربر زیر ستون بر اساس نقشههای اجرایی ساخته شده و داخل چاه قرار میگیرد.
این بخش وظیفه انتقال بار ستون به زمین را در مراحل اجرایی و بر اساس سیستم نهایی طراحیشده بر عهده خواهد داشت.
کیفیت ساخت کیج، طول مهاری، موقعیت آرماتورها و تراز آن باید قبل از بتنریزی کنترل شود.
4) نصب ستون فولادی
ستون فولادی اصلی داخل چاه قرار گرفته و در مختصات و تراز طراحی تثبیت میشود.
این مرحله یکی از حساسترین بخشهای اجرای تاپ دان فلزی است؛ زیرا ستون باید در چندین طبقه زیرزمین و طبقات فوقانی با شبکه سازهای پروژه تطابق داشته باشد.
کنترل شاقولی، موقعیت محور ستون، دوران مقطع و تراز نصب باید با تجهیزات نقشهبرداری دقیق انجام شود.
کوچکترین خطای اولیه در ستونهای بلند میتواند در ترازهای مختلف ساختمان باعث ایجاد مشکلات اجرایی در اتصالات تیرها شود.
5) اتصال ستون فولادی به شمع؛ ایمپلنت یا صفحه ستون
اتصال ستون به المان زیرین میتواند بر اساس طراحی پروژه با جزئیات مختلف انجام شود.
در روش ایمپلنت، بخشی از انتهای ستون فولادی در داخل بتن شمع قرار گرفته و با استفاده از جزئیات انتقال نیرو مانند برشگیرها، اتصال مورد نیاز میان ستون و شمع ایجاد میشود.
در روش صفحه ستون، انتقال نیرو از طریق صفحه ستون، بولتها و جزئیات طراحیشده انجام میشود.
انتخاب روش مناسب باید بر اساس نیروهای وارد بر ستون، جزئیات سازهای و روش اجرایی پروژه انجام شود.
6) بتنریزی شمع زیر ستون
پس از کنترل موقعیت ستون و قفسه آرماتور، عملیات بتنریزی شمع انجام میشود.
در این مرحله باید موقعیت ستون کاملاً کنترل شود تا فشار و جریان بتن موجب جابهجایی یا انحراف ستون نشود.
پس از رسیدن بتن به مقاومت مورد نیاز، سیستم اولیه قادر خواهد بود بارهای مراحل بعدی ساخت را مطابق طراحی تحمل کند.
7) اجرای سقف همکف
پس از تثبیت ستونهای اصلی، تیرریزی و اجرای سقف تراز همکف آغاز میشود.
این سقف یکی از اجزای کلیدی سیستم تاپ دان است؛ زیرا علاوه بر عملکرد سازهای، اولین تراز اصلی مهار جانبی دیوارههای گود را ایجاد میکند.
پس از تکمیل سقف همکف، امکان آغاز خاکبرداری در زیر آن فراهم میشود.
8) ایجاد بازشوهای خاکبرداری
در سقف همکف و سایر سقفهای زیرزمین، بازشوهایی برای ادامه عملیات اجرایی پیشبینی میشوند.
این بازشوها برای خروج خاک، ورود و خروج تجهیزات، تهویه، انتقال مصالح و دسترسی به طبقات زیرزمین مورد استفاده قرار میگیرند.
ابعاد و محل بازشوها باید از مرحله طراحی مشخص شود؛ زیرا ایجاد بازشو میتواند بر سختی و عملکرد دیافراگمی سقف تأثیر بگذارد.
9) خاکبرداری مرحلهای زیر سقف
پس از اجرای سقف، خاکبرداری در زیر آن آغاز میشود و تا تراز طبقه بعدی ادامه پیدا میکند.
عملیات باید بهصورت مرحلهای و مطابق توالی تعیینشده در طراحی انجام شود.
یکی از مسائل مهم در این مرحله، آشکار شدن تدریجی ستونهای فولادی است. با پایین رفتن تراز خاک، طول بیشتری از ستون آزاد میشود و بنابراین وضعیت کمانش و پایداری آن باید کنترل شود.
10) اجرای دیوارهای حائل و پیرامونی
همزمان با پیشروی خاکبرداری، بخشهای مختلف دیوار دائمی زیرزمین اجرا یا تکمیل میشوند.
اتصال مناسب دیوارها به سقفها اهمیت زیادی دارد؛ زیرا نیروهای جانبی خاک باید از طریق این اجزا به دیافراگمهای افقی منتقل شوند.
اجرای دیوار میتواند بسته به طراحی پروژه بهصورت مرحلهای یا پانلی انجام شود.
11) اجرای تیرها و سقف طبقات منفی
پس از رسیدن خاکبرداری به تراز طبقه بعدی، تیرهای فولادی نصب شده و سقف همان طبقه اجرا میشود.
با تکمیل سقف، یک تراز جدید مهار جانبی ایجاد میشود.
سپس عملیات خاکبرداری از زیر این سقف تا طبقه بعدی ادامه پیدا میکند.
این چرخه:
خاکبرداری → اجرای دیوار → تیرریزی → اجرای سقف → ادامه خاکبرداری
تا رسیدن به پایینترین تراز پروژه تکرار میشود.
12) اجرای همزمان طبقات مثبت
یکی از مزایای اصلی روش تاپ دان، امکان همزمانی بخشی از عملیات روسازه و زیرزمین است.
پس از اجرای سقف همکف و زمانی که سیستم باربر اولیه ظرفیت لازم را داشته باشد، اجرای طبقات مثبت میتواند آغاز شود.
در این شرایط، در حالی که عملیات خاکبرداری در طبقات منفی ادامه دارد، اسکلت فولادی ساختمان در بالای سطح زمین نیز توسعه پیدا میکند.
البته تعداد طبقات قابل اجرا در هر مرحله باید بر اساس ظرفیت ستونها، شمعها و وضعیت سیستم باربر موجود تعیین شود.
13) رسیدن خاکبرداری به تراز فونداسیون
چرخه خاکبرداری و اجرای سقفها تا رسیدن به پایینترین تراز ادامه پیدا میکند.
در این مرحله بستر نهایی فونداسیون آشکار شده و عملیات آمادهسازی برای اجرای پی آغاز میشود.
کنترل شرایط واقعی خاک در این تراز و تطبیق آن با اطلاعات ژئوتکنیکی پروژه اهمیت زیادی دارد.
14) اجرای فونداسیون
پس از آمادهسازی بستر، آرماتوربندی و بتنریزی فونداسیون انجام میشود.
در این مرحله اتصال نهایی ستونهای فولادی، شمعها و فونداسیون مطابق جزئیات طراحی تکمیل شده و سیستم انتقال بار ساختمان به وضعیت نهایی نزدیک میشود.
15) تکمیل بازشوها و بخشهای باقیمانده سقف
پس از پایان عملیات خاکبرداری و عدم نیاز به بازشوهای موقت، این قسمتها بر اساس نقشههای سازهای تکمیل میشوند.
با بسته شدن بازشوها، دیافراگم سقف به وضعیت نهایی طراحی میرسد و اجزای باقیمانده سازه زیرزمین تکمیل میشوند.
اهمیت نصب دقیق ستونهای فولادی در تاپ دان
یکی از حساسترین عملیات اجرایی در این روش، نصب ستونهای فولادی پیش از خاکبرداری کامل است.
در ساختمان متعارف، ستون روی فونداسیون اجراشده قرار میگیرد و امکان کنترل موقعیت آن نسبتاً سادهتر است. اما در تاپ دان، ستون باید در داخل چاهی عمیق و پیش از دسترسی کامل به طبقات زیرزمین نصب شود.
سه پارامتر اهمیت ویژهای دارند:
مختصات ستون، شاقولی ستون و دوران مقطع.
خطای دوران مقطع بهخصوص در ستونهایی که اتصال تیرها در جهتهای مشخصی طراحی شدهاند میتواند مشکل ایجاد کند.
به همین دلیل عملیات نقشهبرداری و شابلونگذاری در تاپ دان فلزی بخش مهمی از کنترل کیفیت پروژه محسوب میشود.
اتصالات تیر به ستون در تاپ دان فلزی
یکی از مزایای سازه فولادی، امکان استفاده از اتصالات فولادی برای اتصال سریع تیرها به ستونهاست.
با آشکار شدن ستون در هر تراز، تیرهای اصلی بر اساس جزئیات طراحی به ستون متصل میشوند.
اتصال میتواند بر اساس سیستم سازهای پروژه از انواع مختلف جوشی، پیچی یا ترکیبی باشد.
اما نکته مهم این است که اتصال تنها برای شرایط نهایی ساختمان طراحی نشود.
در روش تاپ دان، سقفها در مراحل خاکبرداری وظیفه مهار دیواره گود را نیز بر عهده دارند. بنابراین ممکن است نیروهایی ناشی از عملکرد دیافراگمی و مراحل ساخت در اتصالات ایجاد شوند که باید در طراحی مورد توجه قرار گیرند.
تحلیل مرحلهای ساخت در تاپ دان فلزی
یکی از مهمترین اصول مهندسی در طراحی تاپ دان فلزی، تحلیل رفتار سازه در مراحل مختلف اجراست.
وضعیت سازه در زمان اجرای سقف همکف با وضعیت آن پس از اجرای سه طبقه زیرزمین یا چند طبقه روسازه یکسان نیست.
در هر مرحله مواردی مانند:
بار وارد بر ستونها، طول آزاد ستونها، تعداد ترازهای مهار، وضعیت دیواره گود، سختی سقفهای اجراشده و شرایط شمعهای زیر ستون
تغییر میکنند.
بنابراین باید مشخص شود در هر مرحله چه اجزایی اجرا شدهاند و بارها از چه مسیری به زمین منتقل میشوند.
این تحلیل میتواند شرایط بحرانی موقت را آشکار کند؛ شرایطی که ممکن است در مدل نهایی ساختمان مشاهده نشوند.
مزایای اجرای تاپ دان فلزی
سرعت مناسب اجرای اسکلت
قطعات فولادی میتوانند در کارخانه ساخته شده و پس از انتقال به پروژه نصب شوند. این ویژگی امکان کاهش بخشی از عملیات قالببندی و انتظار برای رسیدن بتن به مقاومت مورد نیاز را فراهم میکند.
وزن کمتر برخی اجزای سازهای
در مقایسه با سیستمهای تمام بتنآرمه، استفاده از اسکلت فولادی میتواند وزن برخی اعضای سازهای را کاهش دهد؛ هرچند مقایسه نهایی باید برای پروژه مشخص انجام شود.
امکان اجرای اتصالات خشک و پیشساخته
استفاده از اتصالات پیچ و مهرهای در بخشهایی از سازه میتواند سرعت مونتاژ را افزایش داده و کنترل کیفیت ساخت کارخانهای را تسهیل کند.
امکان اجرای همزمان طبقات مثبت و منفی
مانند سایر سیستمهای تاپ دان، پس از ایجاد ظرفیت کافی در سیستم باربر میتوان بخشی از روسازه را همزمان با عملیات زیرزمین اجرا کرد.
استفاده از سقفهای دائمی برای مهار گود
سقفهای اصلی ساختمان در مراحل خاکبرداری نقش مهار جانبی را نیز بر عهده میگیرند و میتوانند نیاز به بخشی از مهاربندیهای موقت را کاهش دهند.
معایب و محدودیتهای تاپ دان فلزی
حساسیت ستون فولادی به کمانش
افزایش طول آزاد ستون در مراحل خاکبرداری یکی از مهمترین مواردی است که باید در طراحی و اجرا کنترل شود.
حساسیت بالای نصب ستون
خطای مختصات یا شاقولی ستون میتواند در اتصال تیرهای طبقات مختلف مشکلات جدی ایجاد کند.
نیاز به کنترل خوردگی و حریق
از آنجا که عضو اصلی فولادی است، الزامات حفاظت در برابر خوردگی و حریق باید متناسب با شرایط پروژه در نظر گرفته شوند.
پیچیدگی طراحی مراحل ساخت
بارگذاری و شرایط تکیهگاهی سازه دائماً در حال تغییر است و تحلیل صرفاً بر اساس وضعیت نهایی کافی نیست.
محدودیت دسترسی زیر سقف
مانند سایر انواع تاپ دان، خاکبرداری، نصب تیر و اجرای اتصالات در فضای محدود زیر سقف میتواند عملیات اجرایی را پیچیدهتر کند.
کنترل کیفیت در اجرای سازه فلزی به روش تاپ دان
کنترل کیفیت در این سیستم باید از زمان حفاری اولین چاه تا تکمیل فونداسیون ادامه داشته باشد.
کنترل موقعیت چاهها، مشخصات شمعها، کیفیت ساخت مقاطع فولادی، جوشها، پیچها، شاقولی ستونها، موقعیت تیرها و تراز سقفها از موارد اصلی هستند.
کیفیت اتصالات فولادی نیز اهمیت ویژهای دارد. اتصالات جوشی باید مطابق الزامات پروژه کنترل شوند و در اتصالات پیچی نیز نوع پیچ، نحوه نصب و الزامات پیشتنیدگی در صورت وجود باید مطابق مشخصات فنی اجرا شوند.
علاوه بر کنترل سازه فلزی، توالی خاکبرداری نیز باید کنترل شود؛ زیرا خاکبرداری بیش از تراز تعیینشده میتواند طول آزاد ستون یا دیواره را افزایش داده و شرایطی متفاوت از مدل طراحی ایجاد کند.
پایش تغییرشکل گود در تاپ دان فلزی
در پروژههای عمیق شهری، تنها اجرای صحیح اعضای سازهای کافی نیست و رفتار واقعی گود نیز باید مورد توجه قرار گیرد.
پایش جابهجایی جانبی دیواره، نشست سطح زمین و تغییرشکل ساختمانهای مجاور میتواند اطلاعات ارزشمندی درباره عملکرد سیستم ارائه دهد.
نتایج ابزارگذاری باید با مقادیر پیشبینیشده در طراحی مقایسه شوند.
اگر تغییرشکلها روند غیرمنتظرهای نشان دهند، لازم است پیش از ادامه مراحل حساس خاکبرداری، شرایط پروژه مورد ارزیابی مهندسی قرار گیرد.
تاپ دان فلزی برای چه پروژههایی مناسب است؟
این روش میتواند برای پروژههایی با گودهای عمیق و چندین طبقه زیرزمین، بهخصوص در محیطهای شهری متراکم، مورد بررسی قرار گیرد.
زمانی که محدودیت فضای کارگاه اجازه استفاده آسان از سیستمهای مهاربندی موقت را نمیدهد، استفاده از سقفهای دائمی ساختمان برای مهار گود میتواند مزیت ایجاد کند.
همچنین در پروژههایی که سرعت اجرای سازه اهمیت زیادی دارد، قابلیت پیشساختگی اجزای فولادی و امکان همزمانی عملیات روسازه و زیرزمین میتواند در انتخاب این سیستم مؤثر باشد.
با این حال، نوع خاک، سطح آب زیرزمینی، عمق گود، وضعیت ساختمانهای مجاور، تعداد طبقات، بار سازه، سیستم دیوار پیرامونی و امکانات اجرایی باید پیش از انتخاب نهایی بررسی شوند.
تاپ دان فلزی بهتر است یا CFT؟
پاسخ این سؤال برای تمام پروژهها یکسان نیست.
در تاپ دان فلزی، ستون دارای ساختار سادهتری از نظر مصالح است و امکان ساخت و مونتاژ سریع اجزای فولادی وجود دارد. در مقابل، در CFT با پر کردن مقطع بسته فولادی توسط بتن، یک ستون مرکب ایجاد میشود که مشخصات سختی و ظرفیت آن با ستون فولادی معمولی متفاوت است.
بنابراین انتخاب میان این دو سیستم باید بر اساس نیروهای طراحی، ابعاد مورد نیاز ستون، کنترل کمانش، محدودیت معماری، سرعت اجرا، الزامات حریق، جزئیات اتصال و هزینه پروژه انجام شود.
نکته مهم این است که CFT را نباید صرفاً یک ستون فولادی معمولی با بتن اضافه در نظر گرفت؛ CFT یک سیستم سازهای مرکب است و باید بر اساس رفتار مرکب فولاد و بتن طراحی شود.
تاپ دان فلزی بهتر است یا SRC؟
در SRC، ستون نهایی از یک هسته فولادی محصورشده در بتن مسلح تشکیل میشود. این موضوع باعث افزایش ابعاد و مراحل اجرایی مربوط به آرماتوربندی، قالببندی و بتنریزی پیرامون هسته فولادی میشود.
در تاپ دان فلزی چنین مرحلهای برای تبدیل ستون به SRC وجود ندارد و ستون اصلی بهصورت عضو فولادی باقی میماند.
در مقابل، مقطع SRC به دلیل مشارکت بتن مسلح و هسته فولادی رفتار و سختی متفاوتی دارد.
بنابراین انتخاب میان این دو نیز باید در سطح کل سیستم سازهای و نه صرفاً بر اساس مقایسه یک ستون انجام شود.
تفاوت تاپ دان فلزی با روش اجرای متعارف سازه فولادی
در اجرای متعارف سازه فولادی، ابتدا عملیات گودبرداری و پایدارسازی انجام شده و پس از رسیدن به تراز نهایی، فونداسیون اجرا میشود.
سپس صفحه ستونها نصب شده و اسکلت فولادی از پایینترین تراز به سمت بالا توسعه پیدا میکند.
اما در روش تاپ دان فلزی، ستونهای اصلی پیش از تکمیل خاکبرداری نصب میشوند.
سقف همکف اجرا شده و خاکبرداری از زیر آن ادامه پیدا میکند. سپس با رسیدن به هر تراز، تیرها و سقف همان طبقه اجرا شده و این فرآیند تا فونداسیون ادامه مییابد.
بنابراین مهمترین تفاوت در توالی ساخت و مسیر انتقال بار در مراحل اجرا است.
جمعبندی اجرای سازه فلزی به روش تاپ دان
اجرای سازه فلزی به روش تاپ دان یکی از گزینههای قابل استفاده برای ساخت پروژههای دارای گود عمیق و طبقات زیرزمین متعدد است که در آن ستونها و بخشهایی از اسکلت فولادی پیش از تکمیل عملیات خاکبرداری اجرا میشوند.
در این روش، سقفهای دائمی ساختمان علاوه بر عملکرد نهایی خود، در مراحل اجرای گود بهعنوان مهارهای افقی مورد استفاده قرار میگیرند. خاکبرداری بهصورت مرحلهای از زیر سقفها ادامه پیدا کرده و با رسیدن به هر تراز، تیرها و سقف طبقه بعدی اجرا میشوند.
یکی از مهمترین موضوعات در طراحی این سیستم، رفتار ستونهای فولادی در مراحل مختلف ساخت است. با پیشروی خاکبرداری، طول آزاد ستون تغییر میکند و همزمان بارهای بیشتری میتوانند به آن وارد شوند. بنابراین کنترل کمانش، اثرات مرتبه دوم، اتصالات و شرایط تکیهگاهی باید در تحلیل مرحلهای ساخت بررسی شوند.
تاپ دان فلزی از نظر رفتار سازهای با CFT و SRC متفاوت است. در CFT، داخل پوسته فولادی با بتن پر شده و یک عضو مرکب ایجاد میشود؛ در SRC نیز هسته فولادی توسط بتن مسلح محصور میشود. اما در تاپ دان فلزی، ستون اصلی یک عضو سازهای فولادی باقی میماند.
سرعت مونتاژ اسکلت، قابلیت پیشساختگی، امکان اجرای همزمان بخشی از طبقات مثبت و منفی و استفاده از سقفهای دائمی برای پایدارسازی گود از مزیتهای مهم این روش هستند. در مقابل، حساسیت به کمانش، نیاز به نصب بسیار دقیق ستونها، کنترل اتصالات و پیچیدگی تحلیل مراحل ساخت از مهمترین چالشهای آن محسوب میشوند.
در نهایت، انتخاب میان تاپ دان فلزی، CFT و SRC باید بر اساس شرایط واقعی پروژه، عمق گود، مشخصات ژئوتکنیکی زمین، بارهای سازهای، تعداد طبقات زیرزمین، محدودیتهای معماری، شرایط ساختمانهای مجاور و برنامه زمانبندی انجام شود.